機(jī)制砂配置混凝土中石粉多少才合理？
隨著天然砂的日益匱乏，機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用越來越廣泛，機(jī)制砂代替天然砂在混凝土中使用將成為必然的趨勢。為此，福建省適時地出臺相應(yīng)的文件，要求分批次、分區(qū)域采用機(jī)制砂拌制混凝土，緩解天然砂短缺的現(xiàn)狀。本文著重研究了機(jī)制砂混凝土中不同砂率、不同石粉含量對混凝土性能的影響，總結(jié)出相關(guān)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對機(jī)制砂的更好的利用。
機(jī)制砂的特點(diǎn)及石粉的作用機(jī)理
機(jī)制砂的特
1）表面粗糙、棱角多。
（2）細(xì)度模數(shù)大，顆粒級配集中，通過0.315mm篩孔的顆粒在8%~13%之間。
（3）孔隙率大。
石粉的作用機(jī)理
（1）微集料填充作用。石粉顆粒很小，在混凝土中可起微集料作用，充填到微小的孔隙中，同時參與水化反應(yīng)，物理充填和水化反應(yīng)產(chǎn)物充填共同作用，比惰性微集料單純的物理充填效果更好，使混凝土更加密實(shí)，從而提高了混凝土的強(qiáng)度。
（2）保水增稠作用。一方面石粉可以吸收混凝土中的用水，在一定程度上增加混凝土的單位立方米用水量，隨著石粉含量提高，混凝土的黏度不斷增大，有效降低了混凝土拌合物離析和泌水的風(fēng)險；另一方面，在混凝土硬化過程中，石粉會釋放其吸收的水分，用于補(bǔ)償混凝土后期水化用水，從而減少了混凝土的收縮。
石粉的作用機(jī)理
（1）微集料填充作用。石粉顆粒很小，在混凝土中可起微集料作用，充填到微小的孔隙中，同時參與水化反應(yīng)，物理充填和水化反應(yīng)產(chǎn)物充填共同作用，比惰性微集料單純的物理充填效果更好，使混凝土更加密實(shí)，從而提高了混凝土的強(qiáng)度。
（2）保水增稠作用。一方面石粉可以吸收混凝土中的用水，在一定程度上增加混凝土的單位立方米用水量，隨著石粉含量提高，混凝土的黏度不斷增大，有效降低了混凝土拌合物離析和泌水的風(fēng)險；另一方面，在混凝土硬化過程中，石粉會釋放其吸收的水分，用于補(bǔ)償混凝土后期水化用水，從而減少了混凝土的收縮。
原材料及試驗(yàn)方法
原材料
（1）水泥：春馳P.O42.5R；
（2）細(xì)集料：花崗巖加工的機(jī)制砂（II級砂、細(xì)度模數(shù)為3.6、石粉含量9.6％）；
（3）粗集料：5~31.5mm的連續(xù)粒級的花崗巖碎石；
（4）石粉：機(jī)制砂生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的石粉；
（5）外加劑：聚羧酸Point-400S減水劑，含固量13.6％，減水率20％；
（6）自來水。
實(shí)驗(yàn)方法
混凝土拌合物性能依據(jù)GB/T50080《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行，混凝土抗壓強(qiáng)度依據(jù)GB/T50081《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行。
試驗(yàn)結(jié)果與分析
實(shí)驗(yàn)配合比
以C30機(jī)制砂泵送混凝土為研究對象，主要研究了機(jī)制砂砂率、石粉含量對混凝 土工作性和強(qiáng)度的影響，C30混凝土基準(zhǔn)配合比見表1。
表1 C30基準(zhǔn)配合比
自配機(jī)制砂對混凝土性能的影響
利用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂配制出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的II級砂（細(xì)度模數(shù)為2.8，級配與天然砂相同），分別以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2和圖1。
▲ 圖1 自配機(jī)制砂對混凝土性能的影響
由表2、圖1中可以看出，在同樣的顆粒級配下，采用自配機(jī)制砂配制的混凝土，其工作性較之天然砂配制的混凝土差一些，分析應(yīng)是機(jī)制砂的顆粒表面粗糙，棱角較多從而導(dǎo)致混凝土的工作性能差于天然砂，從泵送要求來看，還要采取其他措施來改善機(jī)制砂的流動性；從強(qiáng)度上看，機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度較之天然砂有所提高，分析同樣是機(jī)制砂的特點(diǎn)，提高了其與膠凝材料的結(jié)合度從而為其混凝土強(qiáng)度作貢獻(xiàn)。因而綜合考慮，在設(shè)計(jì)機(jī)制砂泵送混凝土的配合比時，水灰比將有所增加，其砂率也有所提高，根據(jù)具體使用機(jī)制砂的情況，砂率選定在40%~42%比較合理。
實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂對混凝土性能的影響
利用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂，分別以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3和圖2。
原材料及試驗(yàn)方法
原材料
（1）水泥：春馳P.O42.5R；
（2）細(xì)集料：花崗巖加工的機(jī)制砂（II級砂、細(xì)度模數(shù)為3.6、石粉含量9.6％）；
（3）粗集料：5~31.5mm的連續(xù)粒級的花崗巖碎石；
（4）石粉：機(jī)制砂生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的石粉；
（5）外加劑：聚羧酸Point-400S減水劑，含固量13.6％，減水率20％；
（6）自來水。
實(shí)驗(yàn)方法
混凝土拌合物性能依據(jù)GB/T50080《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行，混凝土抗壓強(qiáng)度依據(jù)GB/T50081《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行。
試驗(yàn)結(jié)果與分析
實(shí)驗(yàn)配合比
以C30機(jī)制砂泵送混凝土為研究對象，主要研究了機(jī)制砂砂率、石粉含量對混凝 土工作性和強(qiáng)度的影響，C30混凝土基準(zhǔn)配合比見表1。
表1 C30基準(zhǔn)配合比
自配機(jī)制砂對混凝土性能的影響
利用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂配制出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的II級砂（細(xì)度模數(shù)為2.8，級配與天然砂相同），分別以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2和圖1。
自配機(jī)制砂對混凝土性能的影響
利用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂配制出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的II級砂（細(xì)度模數(shù)為2.8，級配與天然砂相同），分別以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2和圖1。
▲ 圖1 自配機(jī)制砂對混凝土性能的影響
由表2、圖1中可以看出，在同樣的顆粒級配下，采用自配機(jī)制砂配制的混凝土，其工作性較之天然砂配制的混凝土差一些，分析應(yīng)是機(jī)制砂的顆粒表面粗糙，棱角較多從而導(dǎo)致混凝土的工作性能差于天然砂，從泵送要求來看，還要采取其他措施來改善機(jī)制砂的流動性；從強(qiáng)度上看，機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度較之天然砂有所提高，分析同樣是機(jī)制砂的特點(diǎn)，提高了其與膠凝材料的結(jié)合度從而為其混凝土強(qiáng)度作貢獻(xiàn)。因而綜合考慮，在設(shè)計(jì)機(jī)制砂泵送混凝土的配合比時，水灰比將有所增加，其砂率也有所提高，根據(jù)具體使用機(jī)制砂的情況，砂率選定在40%~42%比較合理。
實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂對混凝土性能的影響
利用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂，分別以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3和圖2。
▲ 圖1 自配機(jī)制砂對混凝土性能的影響
由表2、圖1中可以看出，在同樣的顆粒級配下，采用自配機(jī)制砂配制的混凝土，其工作性較之天然砂配制的混凝土差一些，分析應(yīng)是機(jī)制砂的顆粒表面粗糙，棱角較多從而導(dǎo)致混凝土的工作性能差于天然砂，從泵送要求來看，還要采取其他措施來改善機(jī)制砂的流動性；從強(qiáng)度上看，機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度較之天然砂有所提高，分析同樣是機(jī)制砂的特點(diǎn)，提高了其與膠凝材料的結(jié)合度從而為其混凝土強(qiáng)度作貢獻(xiàn)。因而綜合考慮，在設(shè)計(jì)機(jī)制砂泵送混凝土的配合比時，水灰比將有所增加，其砂率也有所提高，根據(jù)具體使用機(jī)制砂的情況，砂率選定在40%~42%比較合理。
實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂對混凝土性能的影響
利用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂，分別以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3和圖2。
從表3、圖2中可以看出，相比自配機(jī)制砂，采用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂，其混凝土的工作性能有所下降，其石粉在混凝土發(fā)揮了吸水作用，同時機(jī)制砂的顆粒級配較為集中，導(dǎo)致混凝土易產(chǎn)生離析泌水，同樣因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂顆粒集中不連續(xù)，導(dǎo)致混凝土中空隙沒有得到有效填充，從而導(dǎo)致混凝土的密實(shí)度有所降低，混凝土強(qiáng)度低于自配機(jī)制砂強(qiáng)度。
不同石粉含量對混凝土性能的影響
利用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂，分別以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3和圖2。
圖2 實(shí)際生產(chǎn)機(jī)制砂對混凝土性能的影響
從表3、圖2中可以看出，相比自配機(jī)制砂，采用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂，其混凝土的工作性能有所下降，其石粉在混凝土發(fā)揮了吸水作用，同時機(jī)制砂的顆粒級配較為集中，導(dǎo)致混凝土易產(chǎn)生離析泌水，同樣因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂顆粒集中不連續(xù)，導(dǎo)致混凝土中空隙沒有得到有效填充，從而導(dǎo)致混凝土的密實(shí)度有所降低，混凝土強(qiáng)度低于自配機(jī)制砂強(qiáng)度。
不同石粉含量對混凝土性能的影響
分別采用6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%的石粉含量配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4和表3。
不同石粉含量對混凝土性能的影響
利用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂，分別以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3和圖2。
圖2 實(shí)際生產(chǎn)機(jī)制砂對混凝土性能的影響
從表3、圖2中可以看出，相比自配機(jī)制砂，采用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂，其混凝土的工作性能有所下降，其石粉在混凝土發(fā)揮了吸水作用，同時機(jī)制砂的顆粒級配較為集中，導(dǎo)致混凝土易產(chǎn)生離析泌水，同樣因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂顆粒集中不連續(xù)，導(dǎo)致混凝土中空隙沒有得到有效填充，從而導(dǎo)致混凝土的密實(shí)度有所降低，混凝土強(qiáng)度低于自配機(jī)制砂強(qiáng)度。
不同石粉含量對混凝土性能的影響
分別采用6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%的石粉含量配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4和表3。
從表3、圖2中可以看出，相比自配機(jī)制砂，采用實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂，其混凝土的工作性能有所下降，其石粉在混凝土發(fā)揮了吸水作用，同時機(jī)制砂的顆粒級配較為集中，導(dǎo)致混凝土易產(chǎn)生離析泌水，同樣因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)的機(jī)制砂顆粒集中不連續(xù)，導(dǎo)致混凝土中空隙沒有得到有效填充，從而導(dǎo)致混凝土的密實(shí)度有所降低，混凝土強(qiáng)度低于自配機(jī)制砂強(qiáng)度。
不同石粉含量對混凝土性能的影響
分別采用6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%的石粉含量配制混凝土，然后進(jìn)行混凝土拌合物性能和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4和表3。
圖3 石粉含量對混凝土性能的影響
從表4、圖3可以看出，隨著石粉含量的增加，混凝土的粘聚性有所改善，石粉含量超過一定范圍后，混凝土的坍落度呈減少趨勢，將不利于混凝土的泵送施工，分析因為石粉吸水作用導(dǎo)致初始階段水分沒有得到有效的利用；在一定范圍內(nèi)隨著石粉含量的增加，其混凝土強(qiáng)度逐漸增加，分析應(yīng)為混凝土中的石粉發(fā)揮了作用，在混凝土的硬化過程中，石粉發(fā)揮了微集料填充的作用，填充密實(shí)了混凝土空隙，提高了混凝土密實(shí)度，石粉的保水作用也為混凝土水化反應(yīng)提供了保證進(jìn)而提高混凝土強(qiáng)度。綜上所述，機(jī)制砂泵送混凝土中石粉含量在10%~14%內(nèi)是適宜的。
結(jié)論及建議
結(jié)論及建議
（1）采用機(jī)制砂配制泵送混凝土，因機(jī)制砂顆粒表面粗糙、棱角多，石粉含量較多，可以和膠凝材料更好地結(jié)合，有利于混凝土強(qiáng)度的提高，但機(jī)制砂的這些特點(diǎn)又極大地降低了混凝土的流動性，導(dǎo)致可泵性降低，因而在生產(chǎn)使用中還需采用其他的技術(shù)措施來改善混凝土的工作性能，以利于施工的進(jìn)行。施工過程中應(yīng)開展有效性的澆筑施工監(jiān)督，保障施工水平和效率。
（2）在機(jī)制砂的生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格控制砂的顆粒級配，機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)不宜大于3.2，顆粒級配應(yīng)符合建筑用砂標(biāo)準(zhǔn)的II區(qū)的要求。
（3）機(jī)制砂用于泵送混凝土，若要達(dá)到良好的工作性必須含有一定數(shù)量的石粉，石粉含量在10%~14%是適宜的。
